原材料对乳化沥青性能影响

2013-02-01马晓燕岳永和王兆力

中国建材科技 2013年4期

马晓燕岳永和张平王兆力

（1甘肃路桥建设集团养护科技有限责任公司，甘肃兰州730050；2甘肃路桥建设集团有限公司，甘肃兰州730050）

1 引言

乳化沥青具有能够冷施工、节约建设成本、降低环境污染等优点，已普遍用于沥青层间粘结以及沥青路面养护中[1]。然而，现代交通对乳化沥青的高温稳定性、低温抗裂性以及耐疲劳特性提出了新的要求[2]，改性乳化沥青由于兼具改性沥青和乳化沥青的优点，被越来越多的工程采用并有逐渐代替普通乳化沥青的趋势。本课题在优化SBR乳化沥青原材料的基础上，选择合适的SBR胶乳改性剂和乳化剂掺量，能够显著改善乳化沥青的力学性能、路用性能和粘结性能，有利于发挥改性乳化沥青在沥青路面预防性养护中的作用。

2 试验部分

2.1 原材料性能检测

试验采用SK90号基质沥青，其性能检测结果如表1所示：

表1 SK90号基质沥青性能检测结果

通过比较各厂家SBR胶乳技术性能，最终选择美德维实维克1468SBR胶乳，其技术指标测试结果如表2所示。

表2 SBR胶乳技术指标测试结果

本课题采用山东派尼S331阳离子乳化剂。

2.2 试验安排

为了分析SBR胶乳和乳化剂掺量对乳化沥青性能的影响，本课题拟定4个不同的SBR胶乳和乳化剂掺量，采用胶乳、乳化剂和沥青共同乳化的制备工艺，即乳化剂、水、胶乳混合均匀后与热沥青同时经过胶体磨进行乳化，制备成品乳化沥青。

3 试验结果与讨论

3.1 SBR胶乳掺量对乳化沥青蒸发残留物性能的影响

为了确定乳化剂掺量对乳化沥青蒸发残留物性能的影响，将乳化沥青脱水后得到的残留物进行针入度、软化点和延度试验，由于试验确定的4个胶乳掺量制备的乳化沥青5℃延度均大于100mm，因此本课题仅讨论胶乳对蒸发残留物针入度和软化点的影响。

图1 SBR胶乳对乳化沥青蒸发残留物软化点的影响

图1结果显示：随着SBR胶乳掺量的增加，改性乳化沥青蒸发残留物软化点升高，且软化点与SBR胶乳含量之间有很好的线性相关性，说明胶乳对沥青高温稳定性的改善效果显著。

图2 SBR胶乳对乳化沥青蒸发残留物针入度的影响

图2表明：随着SBR胶乳掺量的增加，乳化沥青蒸发残留物针入度呈下降趋势，说明SBR胶乳的掺加改善了沥青在常温下抵抗剪切变形的能力。在胶乳掺量小于4.6%时，改性乳化沥青针入度与胶乳掺量的曲线斜率较大，表明其对胶乳含量变化较敏感；当胶乳掺量大于4.6%时，随胶乳掺量增加，针入度变化速率缓慢。因此，结合经济合理性和技术可行性，选择4.6%为改性乳化沥青制备最佳胶乳掺量。

3.2 乳化剂掺量对乳化沥青性能的影响

在乳化沥青中，水是分散介质、沥青是分散相，由于两者的界面张力相差比较悬殊，单纯获得均质、稳定的混合物是不可能实现的[3]。在沥青/水体系中加入乳化剂，可以降低两者之间表面张力；形成界面膜，使沥青微粒间产生静电排斥作用，阻止沥青微粒的凝聚[4]；因此，乳化剂的加入是沥青稳定分散于水中的先决条件。乳化剂的掺量对粘度、稳定性等有显著的影响。

图3 乳化剂掺量对恩格拉粘度的影响

图3显示：乳液的粘度随乳化剂掺量的增加而增加，且当乳化剂掺量大于1%时，乳化沥青粘度增长迅速。从微观分析，这是由于当乳化剂掺量为1%时，沥青乳液中乳化剂掺量已达到临界胶束浓度，乳化剂亲油基嵌入沥青颗粒中形成定向排列，溶解于水溶液中，随乳化剂掺量的增加，分散相浓度增加，乳化沥青粘度增大。

图4 乳化剂掺量对乳化沥青储存稳定性的影响

图5 乳化剂掺量对乳化沥青筛上剩余量的影响

由图4和图5看出，乳化沥青5d储存稳定性和筛上剩余量均随乳化剂掺量的增加呈降低趋势；乳化剂掺量大于1%时，掺量—性能曲线趋于平缓，即这两项性能变化的幅度很小，继续增加乳化剂含量对提高乳化沥青体系分散性和稳定性效果不明显；且过多乳化剂胶束的形成对沥青在水中的分散并无益处。结合工程实际中乳化沥青技术指标、经济成本分析，乳化沥青中乳化剂的掺量以1%为宜。